本發(fā)明涉及齒輪加工，尤其是涉及一種超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工裝置與方法。

背景技術(shù)：

1、超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪廣泛應(yīng)用于航空傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒面硬度超過(guò)69hrc，強(qiáng)度超過(guò)2000mpa?，F(xiàn)有的超硬度高強(qiáng)度齒輪一般采用絎齒工藝，加工效率極低。超硬度高強(qiáng)度齒輪切削加工難，主要來(lái)源于切削熱力大，切削變形顯著。超聲輔助能夠改善切削力熱，提高加工性能。然而，展成切削運(yùn)動(dòng)與切削的差異，導(dǎo)致了超聲輔助提高切削性能的機(jī)制不能應(yīng)用于提高切齒加工性能，難以參考超聲輔助車削機(jī)理提高切齒精度與效率。此外，現(xiàn)有的插齒機(jī)床難以通過(guò)更換刀柄實(shí)現(xiàn)高效快速的插齒加工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出一種超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工裝置與方法，能夠提高超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的加工精度與效率。

2、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工裝置，所述超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工裝置包括：

3、插齒刀、超聲插齒刀柄、無(wú)線能量傳輸環(huán)、無(wú)線能量接收環(huán)、下端抱緊環(huán)、圓環(huán)件、上端抱緊環(huán)、機(jī)床主軸、薄壁軸承和l形薄板件，所述插齒刀通過(guò)錐形刀柄與所述超聲插齒刀柄的一端連接，所述無(wú)線能量接收環(huán)嵌入在所述超聲插齒刀柄內(nèi)，并與所述超聲插齒刀柄內(nèi)的壓電致動(dòng)器連接，所述無(wú)線能量傳輸環(huán)通過(guò)螺紋螺栓與所述l形薄板件固定連接，所述l形薄板件通過(guò)螺紋固定在所述薄壁軸承的外部，所述薄壁軸承的內(nèi)壁與所述機(jī)床主軸連接，所述圓環(huán)件過(guò)沉孔螺栓與所述l形薄板件連接，所述下端抱緊環(huán)與所述上端抱緊環(huán)通過(guò)螺栓固定在所述機(jī)床主軸上。

4、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工方法，所述超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工方法包括：

5、獲取第一模態(tài)參數(shù)、第一位置的坐標(biāo)、第二位置的坐標(biāo)、和第二位置測(cè)量撓度，其中，所述第一模態(tài)參數(shù)為通過(guò)有限元模型計(jì)算得到的模態(tài)參數(shù)，所述第一位置為插齒刀的刀尖位置，所述第二位置為插齒刀插齒切削齒輪到達(dá)末端時(shí)，與第一位置同軸線且不受任何零部件遮擋的位置；

6、根據(jù)所述第一模態(tài)參數(shù)和第二預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)計(jì)算邊界條件；

7、基于所述邊界條件和預(yù)設(shè)l形薄板件范圍，計(jì)算l形薄板件寬度和l形薄板件厚度，以使得無(wú)線能量傳輸環(huán)的振動(dòng)幅值小于預(yù)設(shè)振動(dòng)幅值；

8、通過(guò)有限元模型計(jì)算所述第二位置的第一扭轉(zhuǎn)角度和所述第二位置的第一撓度；

9、基于所述第二位置的坐標(biāo)、所述第二位置測(cè)量撓度、所述第一扭轉(zhuǎn)角度和所述第一撓度計(jì)算修正進(jìn)給量；

10、根據(jù)l形薄板件寬度、l形薄板件厚度和所述修正進(jìn)給量對(duì)所述超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工裝置進(jìn)行調(diào)整，以完成所述超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明第二方面具有以下有益效果：

12、本方法通過(guò)獲取第一模態(tài)參數(shù)、第一位置的坐標(biāo)、第二位置的坐標(biāo)、和第二位置測(cè)量撓度，其中，第一模態(tài)參數(shù)為通過(guò)有限元模型計(jì)算得到的模態(tài)參數(shù)，第一位置為插齒刀的刀尖位置，第二位置為插齒刀插齒切削齒輪到達(dá)末端時(shí)，與第一位置同軸線且不受任何零部件遮擋的位置；根據(jù)第一模態(tài)參數(shù)和第二預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)計(jì)算邊界條件；基于邊界條件和預(yù)設(shè)l形薄板件范圍，計(jì)算l形薄板件寬度和l形薄板件厚度，以使得無(wú)線能量傳輸環(huán)的振動(dòng)幅值小于預(yù)設(shè)振動(dòng)幅值；通過(guò)有限元模型計(jì)算第二位置的第一扭轉(zhuǎn)角度和第二位置的第一撓度；基于第二位置的坐標(biāo)、第二位置測(cè)量撓度、第一扭轉(zhuǎn)角度和第一撓度計(jì)算修正進(jìn)給量；根據(jù)l形薄板件寬度、l形薄板件厚度和修正進(jìn)給量對(duì)超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工裝置進(jìn)行調(diào)整，以完成超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工，提高了超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的加工精度與效率。

13、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述獲取第一模態(tài)參數(shù)，包括：

14、通過(guò)三維軟件建立無(wú)線能量傳輸環(huán)、下端抱緊環(huán)、上端抱緊環(huán)、薄壁軸承和l形薄板件的有限元模型；

15、基于所述有限元模型進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，得到所述第一模態(tài)參數(shù)，其中，所述第一模態(tài)參數(shù)包括模態(tài)剛度、阻尼和固有頻率。

16、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述基于所述第二位置的坐標(biāo)、所述第二位置測(cè)量撓度、所述第一扭轉(zhuǎn)角度和所述第一撓度計(jì)算修正進(jìn)給量，包括：

17、基于所述第二位置的坐標(biāo)通過(guò)以下公式計(jì)算所述第二位置的第二撓度：

18、

19、其中，f為插齒刀切削刃處的切削力載荷，fx為插齒刀切削刃處的切削力橫向載荷，fy為插齒刀切削刃處的切削力縱向載荷，l為插齒刀夾緊端至刀尖的豎直距離，e為材料的強(qiáng)度參數(shù)，i為插齒刀的截面慣性矩，lb為第二位置距離夾緊端的距離，εb1為第二位置的第二撓度；

20、基于所述第二位置測(cè)量撓度、所述第一撓度和所述第二撓度計(jì)算所述第二位置的第二扭轉(zhuǎn)角度；

21、根據(jù)所述第二扭轉(zhuǎn)角度和所述第二位置測(cè)量撓度計(jì)算所述修正進(jìn)給量。

22、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述基于所述第二位置測(cè)量撓度、所述第一撓度和所述第二撓度計(jì)算所述第二位置的第二扭轉(zhuǎn)角度，包括：

23、基于所述第二位置測(cè)量撓度、所述第一撓度和所述第二撓度通過(guò)以下公式計(jì)算平均系數(shù)：

24、

25、其中，εb為第一撓度，εb2為第二位置測(cè)量撓度，εb1為第二撓度，η1為第一系數(shù)，η2為第二系數(shù)，η3為平均系數(shù)；

26、基于所述平均系數(shù)和所述第一扭轉(zhuǎn)角度通過(guò)以下公式計(jì)算所述第二位置的第二扭轉(zhuǎn)角度：

27、

28、其中，μb2為第二扭轉(zhuǎn)角度，μb為第一扭轉(zhuǎn)角度。

29、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述修正進(jìn)給量包括刀具修正進(jìn)給量和工作臺(tái)修正進(jìn)給量，所述根據(jù)所述第二扭轉(zhuǎn)角度和所述第二位置測(cè)量撓度計(jì)算所述修正進(jìn)給量，包括：

30、根據(jù)刀具預(yù)設(shè)進(jìn)給量、所述第二扭轉(zhuǎn)角度和所述第二位置測(cè)量撓度計(jì)算所述刀具修正進(jìn)給量；

31、根據(jù)工作臺(tái)預(yù)設(shè)進(jìn)給量、所述第二扭轉(zhuǎn)角度和所述第二位置測(cè)量撓度計(jì)算所述工作臺(tái)修正進(jìn)給量。

32、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述刀具修正進(jìn)給量包括刀具修正徑向進(jìn)給量和刀具修正周向進(jìn)給量，所述根據(jù)刀具預(yù)設(shè)進(jìn)給量、所述第二扭轉(zhuǎn)角度和所述第二位置測(cè)量撓度計(jì)算所述刀具修正進(jìn)給量，包括：

33、根據(jù)刀具預(yù)設(shè)進(jìn)給量和所述第二位置測(cè)量撓度通過(guò)以下公式計(jì)算所述刀具修正徑向進(jìn)給量：

34、

35、其中，k1為刀具修正徑向進(jìn)給量，kc為刀具預(yù)設(shè)進(jìn)給量的刀具預(yù)設(shè)徑向進(jìn)給量，εb2為第二位置測(cè)量撓度；

36、根據(jù)刀具預(yù)設(shè)進(jìn)給量和所述第二扭轉(zhuǎn)角度通過(guò)以下公式計(jì)算所述刀具修正周向進(jìn)給量：

37、

38、其中，p1為刀具修正周向進(jìn)給量，kc為刀具預(yù)設(shè)進(jìn)給量的刀具預(yù)設(shè)周向進(jìn)給量，μb2為第二扭轉(zhuǎn)角度。

39、根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述工作臺(tái)修正進(jìn)給量包括工作臺(tái)修正徑向進(jìn)給量和工作臺(tái)修正周向進(jìn)給量，所述根據(jù)工作臺(tái)預(yù)設(shè)進(jìn)給量、所述第二扭轉(zhuǎn)角度和所述第二位置測(cè)量撓度計(jì)算所述工作臺(tái)修正進(jìn)給量，包括：

40、根據(jù)工作臺(tái)預(yù)設(shè)進(jìn)給量和所述第二位置測(cè)量撓度通過(guò)以下公式計(jì)算所述工作臺(tái)修正徑向進(jìn)給量：

41、

42、其中，k2為工作臺(tái)修正徑向進(jìn)給量，kw為工作臺(tái)預(yù)設(shè)進(jìn)給量的工作臺(tái)預(yù)設(shè)徑向進(jìn)給量，εb2為第二位置測(cè)量撓度；

43、根據(jù)工作臺(tái)預(yù)設(shè)進(jìn)給量和所述第二扭轉(zhuǎn)角度通過(guò)以下公式計(jì)算所述工作臺(tái)修正周向進(jìn)給量：

44、

45、其中，p2為工作臺(tái)修正周向進(jìn)給量，pw為工作臺(tái)預(yù)設(shè)進(jìn)給量的工作臺(tái)預(yù)設(shè)周向進(jìn)給量，μb2為第二扭轉(zhuǎn)角度。

46、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工設(shè)備，包括至少一個(gè)控制處理器和用于與所述至少一個(gè)控制處理器通信連接的存儲(chǔ)器；所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述至少一個(gè)控制處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個(gè)控制處理器執(zhí)行，以使所述至少一個(gè)控制處理器能夠執(zhí)行如上所述的一種超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工方法。

47、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如上所述的一種超硬度高強(qiáng)度內(nèi)齒輪的超聲精密加工方法。

48、可以理解的是，上述第一方面、第三方面和第四方面與相關(guān)技術(shù)相比存在的有益效果與上述第二方面與相關(guān)技術(shù)相比存在的有益效果相同，可以參見(jiàn)上述第二方面中的相關(guān)描述，在此不再贅述。